Ny måde at undersøge eksotiske stoffer på hjælper i studiet af atom- og partikelfysik

Fysikere har skabt en ny måde at observere detaljer om strukturen og sammensætningen af ​​materialer, der forbedrer i forhold til tidligere metoder. Konventionel spektroskopi ændrer frekvensen af ​​lys, der skinner på en prøve over tid for at afsløre detaljer om dem. Den nye teknik, Rabi-oscillationsspektroskopi, ikke behøver at udforske et bredt frekvensområde, så kan fungere meget hurtigere. Denne metode kunne bruges til at udspørge vores bedste teorier om stof for at danne en bedre forståelse af det materielle univers.

Selvom vi ikke kan se dem med det blotte øje, vi er alle bekendt med de atomer, der udgør stof. Samlinger af positive protoner, neutrale neutroner og negative elektroner giver anledning til alt det stof, vi interagerer med. Imidlertid, der er mere eksotiske former for stof, inklusive eksotiske atomer, som ikke er lavet af disse tre grundkomponenter. Muonium, for eksempel, er som brint, som typisk har en elektron i kredsløb omkring en proton, men har en positivt ladet muonpartikel i stedet for protonen.

Muoner er vigtige i banebrydende fysik, da de giver fysikere mulighed for at teste vores bedste teorier om stof, såsom kvanteelektrodynamik eller standardmodellen, med ekstrem høj nøjagtighed. Dette er i sig selv vigtigt, da kun når en robust teori skubbes til sine ekstremer, kan der begynde at dannes revner, der kunne indikere, hvor nye, Der er brug for mere komplette teorier, og endda hvad de kan være. Dette er grunden til, at studiet af muonium er af stor interesse for fysiksamfundet, men indtil nu, den har unddraget sig detaljeret observation.

"Muonium er et meget kortvarigt atom, så det er vigtigt at lave hurtige observationer med så meget kraft som muligt for at opnå det bedste signal fra den begrænsede observationstid, " sagde lektor Hiroyuki A.Torii fra Graduate School of Science ved University of Tokyo. "Konventionelle spektroskopiske metoder kræver gentagne observationer på tværs af en række frekvenser for at finde den særlige nøglefrekvens, vi leder efter, kendt som resonansfrekvensen, og det tager tid."

Så, Torii og hans team udtænkte en ny slags spektroskopisk metode, der gør brug af en velforstået fysisk effekt kendt som Rabi-oscillation. Rabi-oscillationsspektroskopi behøver ikke at søge efter frekvenssignaler for at formidle information om et atom. I stedet, den ser på den rå sensor, eller tidsdomæne, data over en kortere tid og leverer information baseret på det. Denne nye metode giver enorme forbedringer i præcision.

"Undersøgelsen af ​​eksotiske atomer kræver viden om lavenergi atomfysik og højenergipartikelfysik. Denne kombination af discipliner inden for fysik antyder, at vi er på vej mod en mere komplet forståelse af vores materielle univers, " sagde Torii. "Jeg er ivrig efter at se fysikere bruge Rabi-oscillationsspektroskopi til at kigge dybere ind i verden af ​​eksotiske atomer, der indeholder usædvanlige partikler og isotoper, og andre former for stof skabt ved partikelacceleratorer rundt om i verden."